High-Fidelity-based MDO: A Closer Look at the Selected Sub-Processes Overall Aircraft Design Synthesis, Loads Analysis, and Structural Optimization

Within the DLR project VicToria various high fidelity-based MDO processes were set-up as applicalble methods for aircraft design. Apart from aerodynamic optimization using high fidelity-based CFD analysis, the sub-processes overall aircraft design synthesis, loads analysis, and structural optimization were part of the MDO processes. The presented paper expounds such MDO sub-processes in order to exhibit their contributions and capabilities for the respected MDO process

Lastabminderung und Strömungskontrolle für Performanceoptimierung eines Langstreckenflugzeugs im Projekt In-Fly-Tec

Die Transportleistung des Flugzeugs kann durch ein geringeres Strukturgewicht und einen reduzierten Widerstand erheblich gesteigert werden. Zur Reduktion des Strukturgewichts tragen moderne Materialien (z. B. CFK) bei, mit denen sich passive Maßnahmen zur Lastreduktion durch neue Bauweisen, Strukturoptimierung und Aeroelastic Tailoring umsetzen lassen. Darüber hinaus sind lastmindernde Maßnahmen durch moderne Regelungsverfahren ein wichtiger Bestandteil der integrierten Auslegung eines neuen Flügels. Für die Reduktion des Strömungswiderstands ist die Laminartechnologie, insbesondere die Hybridlaminarisierung, eine der Schlüsseltechnologien der Flugphysik, die für ein Langstreckenflugzeug eine Reduktion des Treibstoffverbrauchs in der Gesamtbilanz um bis zu 10% ermöglicht und somit signifikant zu dem Ziel einer leistungsfähigen und klimaschonenden Luftfahrt beiträgt. Im Projekt In-Fly-Tec wurden vom DLR in Zusammenarbeit mit den Verbundpartnern Airbus und Universität Magdeburg Technologien zur aktiven und passiven Lastreduktion sowie zur Widerstandsreduktion untersucht. Das zentrale Ziel des Projekts war die Ermittlung des Potenzials eines gemeinsamen Einsatzes dieser Technologien für die Optimierung der Gesamtleistung von Transportflugzeugen. Die hierbei gewonnenen Erkenntnisse wurden sowohl auf Varianten eines aktuellen Langstreckenflugzeugs mit einem turbulent umströmten Flügel angewendet, als auch auf eine Konfiguration mit einem widerstandsminimalen Flügel mit Hybrid-Laminar-Technologie (HLFC). Bei der Veröffentlichung handelt es sich um ein Kurzpaper, bestehend aus einer Zusammenfassung der Arbeiten des DLR in In-Fly-Tec, einer Literaturliste sowie dem Link auf die ausführliche Darstellung der Projektergebnisse im Abschlussbericht

Lastabminderung und Strömungskontrolle für Performanceoptimierung eines Langstreckenflugzeugs im Projekt In-Fly-Tec

Die Transportleistung des Flugzeugs kann durch ein geringeres Strukturgewicht und einen reduzierten Widerstand erheblich gesteigert werden. Zur Reduktion des Strukturgewichts tragen moderne Materialien (z. B. CFK) bei, mit denen sich passive Maßnahmen zur Lastreduktion durch neue Bauweisen, Strukturoptimierung und Aeroelastic Tailoring umsetzen lassen. Darüber hinaus sind lastmindernde Maßnahmen durch moderne Regelungsverfahren ein wichtiger Bestandteil der integrierten Auslegung eines neuen Flügels. Für die Reduktion des Strömungswiderstands ist die Laminartechnologie, insbesondere die Hybridlaminarisierung, eine der Schlüsseltechnologien der Flugphysik, die für ein Langstreckenflugzeug eine Reduktion des Treibstoffverbrauchs in der Gesamtbilanz um bis zu 10% ermöglicht und somit signifikant zu dem Ziel einer leistungsfähigen und klimaschonenden Luftfahrt beiträgt. Im Projekt In-Fly-Tec wurden vom DLR in Zusammenarbeit mit den Verbundpartnern Airbus und Universität Magdeburg Technologien zur aktiven und passiven Lastreduktion sowie zur Widerstandsreduktion untersucht. Das zentrale Ziel des Projekts war die Ermittlung des Potenzials eines gemeinsamen Einsatzes dieser Technologien für die Optimierung der Gesamtleistung von Transportflugzeugen. Die hierbei gewonnenen Erkenntnisse wurden sowohl auf Varianten eines aktuellen Langstreckenflugzeugs mit einem turbulent umströmten Flügel angewendet, als auch auf eine Konfiguration mit einem widerstandsminimalen Flügel mit Hybrid-Laminar-Technologie (HLFC). Bei der Veröffentlichung handelt es sich um ein Kurzpaper, bestehend aus einer Zusammenfassung der Arbeiten des DLR in In-Fly-Tec, einer Literaturliste sowie dem Link auf die ausführliche Darstellung der Projektergebnisse im Abschlussbericht

Advanced Aeroelastic Robust Stability Analysis with Structural Uncertainties

Robust flutter analysis deals with aeroelastic (or aeroservoelastic) stability analysis taking structural dynamics, aerodynamics and/or unmodeled system dynamics uncertainties into account. Flutter is a well-known dynamic aeroelastic instability phenomenon caused by an interaction between structural vibrations and unsteady aerodynamic forces, whereby the level of vibration may trigger large amplitudes, eventually leading to catastrophic failure of the structure. This paper addresses the issue of an approach for aeroelastic robust stability analysis with structural uncertainties with respect to physical symmetric and asymmetric stiffness perturbations on the wing structure by means of tuning beams

The cybermatrix protocol for multidisciplinary optimization of commercial transport aircraft

Cybermatrix is a novel approach to aircraft design through multidisciplinary optimization, developed within the DLR project VicToria. It combines three aspects: representing a design problem by an approximate Karush-Kuhn-Tucker system, distributing the rows of the system among disciplinary groups, and employing large computational resources and many humans experts in a parallel fashion. For demonstration an optimization of a long-range, twin-engine transport aircraft has been performed

High-Fidelity-based MDO: A Closer Look at the Selected Sub-Processes Overall Aircraft Design Synthesis, Loads Analysis, and Structural Optimization

Within the DLR project VicToria various high fidelity-based MDO processes were set-up as applicalble methods for aircraft design. Apart from aerodynamic optimization using high fidelity-based CFD analysis, the sub-processes overall aircraft design synthesis, loads analysis, and structural optimization were part of the MDO processes. The presented paper expounds such MDO sub-processes in order to exhibit their contributions and capabilities for the respected MDO process

Collaborative High Fidelity and High Performance Computing-Based MDO Strategies for Transport Aircraft Design

Aviation is undergoing a transformation, fueled by the Corona pandemic, and methods to evaluate new technologies for more economical and environment-friendly flight in a timelier manner and to enable new aircraft to be designed (almost) exclusively using computers are sought after. The DLR project VicToria brings together disciplinary methods and tools of different fidelity for collaborative multidisciplinary design optimization (MDO) of long-range passenger aircraft configurations, necessitating the use of high-performance computing. Three different approaches are being followed to master complex interactions of disciplines and software aspects: an integrated aero-structural wing optimization based on high-fidelity methods, a multi-fidelity gradient-based approach capable of efficiently dealing with many design parameters and many load cases, and a many-discipline highly-parallel approach, which is a novel approach towards computationally demanding and collaboration intensive MDO. The XRF-1, an Airbus provided research aircraft configuration representing a typical long-range wide-body aircraft, is used as a common test case to demonstrate the different MDO strategies. Parametric disciplinary models are used in terms of overall aircraft design synthesis, loads analysis, flutter, structural analysis and optimization, engine design, and aircraft performance. The different MDO strategies are shown to be effective in dealing with complex, real-world MDO problems in a highly collaborative, cross-institutional design environment, involving many disciplinary groups and experts and a mix of commercial and in-house design and analysis software